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基于NiosⅡ和SD卡的数据采集系统的设计
基于NiosⅡ和SD卡的数据采集系统的设计
第29卷第4期
2009年7月
核电子学与探测技术
NuclearElectronicsamp;DetectionTechnology
VOL29No.4
JuL2009
基于NiosII和SD卡的数据采集系统的设计
杨爽,郑丽芳
(中国科学院上海应用物理研究所,上海201800)
摘要:在Niosll软核处理器上采用SD卡设计了一种嵌入式文件系统,并在该文件系统和H,GA的
基础上设计了一种便携式数据采集系统.
关键词:FAT文件系统}FP(fSD卡)NiosII处理器
中图分类号:TP332.1文献标识码:A文章编号:0258-0934(2009)04-0779-03
随着数据采集技术的发展,系统的采集速
度,采集深度,处理能力和存储容量逐渐成为衡
量其性能的重要指标.作为现代采集系统的一
个重要发展方向,大容量存储系统的应用越来
越普遍.例如人体多生理参数测量系统,并不
要求对数据进行实时处理和显示,只需要记录
原始数据,为后端处理做准备.由于PC机支
持强大的后端数据处理软件,如果在便携式系
统中应用与PC机兼容的存储器,并按操作系
统可以识别的文件格式管理数据,就可以充分
利用PC机中的各种应用软件完成后端数据处
理.
本文应用Ahera的DE1开发平台研究了
NioslI处理器平台上的SD卡嵌入式FatFS文
件系统,并将此文件系统成功应用于基于软核
处理器NioslI的数据采集系统中.
1SD卡及其访问方式
SD卡(SecureDigitalMemoryCard,中文
译称安全数码卡),是一种基于半导体快闪记忆
器的新一代记忆设备,由日本松下,东芝及美国
SanDisk公司于1999年8月共同研发,与
收稿日期:2009-03-02
作者简介:杨爽(1984--)在读硕士研究生,研究方向
为:数据采集嵌入式系统.
MMC闪存卡兼容.2009年的国际cES消费
性电子展正式宣布新一代SD存储卡标准
SDXC内存卡规格,该规格提供多达2TB的存
储能力,具有极大的应用潜力.SD卡具有微
型,低功耗,非易失性和保存数据无需消耗能量
等特点,广泛应用于数码相机,手机,智能机器
人,GPS,电子测试设备和大容量存储设备,目
前越来越多的电子产品提供SD卡的扩展接
口.
SD卡支持SPI和SD两种通信接口模式,
本系统采用SPI模式.SPI(SerialPeripheral
Interface)串行外围设备接口,是一种高速的,
全双工的同步通信总线.DE1开发板上的SD
卡接口芯片提供的4个管脚信号DAT0,CLK,
CMD,CS分另4与SPI的SD—SPI—MISO,SD—
SPI_CLK,SDLSPI_MOSI,SD_CS相连.
SD卡支持单线和四线读/写模式,单线模
式下通过DAT0进行数据串行传输,Cs作为
中断口.四线工作模式下通过DAT0~DAT3
分别进行串行数据传输.本系统为实现方便选
用单线读/写模式.
应用㈣对SD卡初始化时,对时钟的
操作要求比较复杂:发送CMD0命令前,需要
先向SD卡提供74个周期的时钟.因为在SD
卡上电初期,约需经过64个时钟周期才能达到
正常的工作电压,其后与SD卡同步需要1O个
779
时钟周期,完成之后开始CMD0的操作.SD
卡读入和输出数据都是由SPI在时钟的上升沿
进行.
2SD卡嵌入式文件系统的实现
通用电脑中广泛支持的FAT文件系统也
常用在嵌人式系统中.本文应用的嵌入式文件
系统结构如图1所示,分两层:SD卡驱动层和
FatFS文件系统层.其中,SD卡驱动层又分为
四层:硬件抽象层,CRC校验层,命令层和操作
函数接口层.FatFS文件系统层分为两层:
DiskI/0层和FatFS模块层.SD卡嵌入式文
件系统是基于SD卡按整块进行存储的特性要
求建立起来的,以块为单位对SD卡进行管理,
同时也屏蔽具体的硬件操作细节,为应用层开
发提供标准的API调用.
FatFSMoudle层F
atFS文件系统层Di
skI/0层
操作函数接口层
命令层SD卡驱动层
CRC校验层
硬件抽象层
图1嵌入式文件系统结构
2.1SD卡驱动层
面向NiosII处理器和SD卡,其硬件抽象
层完成NioslI处理器对SD卡控制器相应寄存
器的设置,把对SD卡的操作抽象为对相应的
寄存器的操作.CRC校验层实现了CRC校
验,对命令和响应使用CRC7校验,对数据采用
CRC16校验.命令层定义了各种命令和响应,
以向SD卡发送命令的函数SD-ISendCmd()为
基础,实现了读写SD卡内部寄存器等功能.
操作函数接口层向FatFS文件系统提供了所
需的操作SD卡的函数,包括:初始化SD卡,读
单块数据,读多块数据,写单块数据,写多块数
据,获
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